(57)【要約】      （修正有）【課題】ナノカーボン分散組成物の製造装置及び製造方法、並びにナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂溶融混練生成製品の製造方法を提供する。【解決手段】炭素含有化合物原料と触媒用金属粉とを高温還元性雰囲気下で反応させてナノカーボンを生成するナノカーボン生成装置２と、樹脂注入機構１１、Ｌ１、Ｖ１と、分散溶媒注入機構１２、Ｌ２、Ｖ２と、生成ナノカーボンと熱可塑性マトリックス樹脂溶液と分散溶媒とを分散媒体の共存下で混合撹拌することにより、ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液を分散媒体中に均一に分散させるナノカーボン攪拌分散機構３３、３５、３６と、前記分散溶液を所定の貧溶媒中に投入し、攪拌した後に沈殿させることにより、前記分散溶液中から前記分散媒体を分離し、さらに沈殿したナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物を分離し乾燥して回収する回収装置３と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素含有化合物原料を注入する注入ノズルを有し、前記注入ノズルから注入される炭素含有化合物原料と触媒用金属粉とを高温還元性雰囲気下で反応させる気相成長法によりナノカーボンを生成するナノカーボン生成装置と、
熱可塑性マトリックス樹脂溶液を供給する樹脂注入機構と、
分散溶媒を供給する分散溶媒注入機構と、
前記ナノカーボン生成装置に連通可能に接続され、かつ前記樹脂注入機構および前記分散溶媒注入機構の各々に接続され、かつ所定の分散媒体を有し、前記ナノカーボン生成装置からの生成ナノカーボンと前記樹脂注入機構からの熱可塑性マトリックス樹脂溶液と前記分散溶媒注入機構からの分散溶媒とを前記分散媒体の共存下で混合し撹拌することにより、ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液を前記分散媒体中に均一に分散させるナノカーボン攪拌分散機構と、
前記分散溶液を所定の貧溶媒中に投入し、攪拌した後に沈殿させることにより、前記分散溶液中から前記分散媒体を分離し、さらに沈殿したナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物を前記分散溶液から分離し、乾燥して回収する回収装置と、
を具備することを特徴とするナノカーボン分散組成物製造装置。
【請求項２】
前記貧溶媒の共存下で前記ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液から前記ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物を分離する分離槽と、
前記分離槽内に貧溶媒を注入する貧溶媒注入機構と、
前記ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液中から前記貧溶媒体を分離するろ過フィルタを有し、該ろ過フィルタにより分離した貧溶媒を回収する貧溶媒回収槽と、
前記貧溶媒回収槽から前記分離槽までの間に設けられ、回収した貧溶媒を前記貧用溶媒回収槽から前記分離槽に返戻する貧溶媒循環ラインと、をさらに有することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記ナノカーボン攪拌分散機構での均一分散に使用され、貧溶媒中で分離した後の分散媒体を前記ナノカーボン攪拌分散機構に再投入するための分散媒体循環ラインをさらに有することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記ナノカーボン攪拌分散機構が超音波撹拌器であることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記ナノカーボン攪拌分散装置は、ペイントシェーカー方式分散機、ボールミル、ビーズミル、振動ミル、サンドミルおよびロールミルから成る群より選択されるいずれか１つの高速撹拌方式分散機であることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】
（ａ）内部が高温還元性雰囲気にあるナノカーボン生成炉内に炭素含有化合物原料を注入し、金属触媒と反応させてナノカーボンを生成し、
（ｂ）前記生成ナノカーボンを前記ナノカーボン生成炉から所定の分散媒体を有する回収容器内に回収し、
（ｃ）前記回収容器内に熱可塑性マトリックス樹脂および分散溶媒を供給し、前記分散媒体の共存下で前記熱可塑性マトリックス樹脂および前記分散溶媒と前記生成ナノカーボンとを混合し撹拌させることにより、前記分散媒体中において前記生成ナノカーボンが実質的に均一に分散する状態にあるナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液を作製し、
（ｄ）前記ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液を所定の貧溶媒中に投入し、攪拌した後に沈殿物を沈殿させ、前記ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液から前記分散媒体を分離し、
（ｅ）さらに沈殿したナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物を前記分散溶液から分離し、分離した前記分散組成物を乾燥し、回収することを特徴とするナノカーボン分散組成物の製造方法。
【請求項７】
前記生成ナノカーボンと前記熱可塑性マトリックス樹脂溶液との混合物を超音波撹拌することを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記分散溶媒がポリマーの良溶媒であることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記貧溶媒は、ナノカーボンの生成原料となるエタノール、メタノール、イソプロパノールおよびｔ−ブタノールから成る群から選択される１種又は２種以上の混合物であることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項１０】
前記分散媒体は、ジルコニア、アルミナ、炭素鋼およびクロム鋼から成る群より選択される１種又は２種以上のビーズであることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項１１】
請求項６乃至１０のいずれか１項で得られるナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物を熱可塑性マトリックス樹脂とドライブレンドし、前記分散組成物と前記樹脂とを溶融混練することにより、ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂溶融混練生成製品を得ることを特徴とするナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂溶融混練生成製品の製造方法。
【請求項１２】
請求項６乃至１０のいずれか１項で得られるナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物を母材となる樹脂材料の表面に塗布し、乾燥することにより、ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂溶融混練表面加工製品を得ることを特徴とするナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂溶融混練生成製品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、カーボンナノチューブ、カーボンファイバー、カーボンナノコイル、カーボンナノホーン、フラーレン等の有用性の高いナノカーボン自体の特性を損なうことなく、長期保存においてもナノカーボンが分離、凝集しないナノカーボン分散組成物の製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブ、カーボンファイバー、カーボンナノコイル等の有用性の高いナノカーボンを生成する方法として、アーク放電法、レーザー蒸着法、化学気相成長法(ＣＶＤ法)等が挙げられる。
【０００３】
これらのナノカーボンは次世代の材料として注目を浴びており、導電性があるため、帯電防止剤や導電材料、半導体、燃料電池電極、ディスプレーの陰極線などの今までにない用途開発が進められている。しかし、これらの生成ナノカーボンは形状が細くて長いチューブ状であることから絡み合いを生じて、糸鞠状になっている。そこで、これら生成ナノカーボンを物品に適用する際に、その糸鞠状を如何にほぐすかということ、およびそれを如何に製品中に分散して安定化できるかということが大きな技術課題となっている。
【０００４】
上述したようにこれら生成ナノカーボンは細くて長い繊維状の形状であることから絡み合いを生じており、ナノカーボンが１本１本に分散した状態で製品中に保持されるようにすることが大きな課題になっている。例えば、ナノカーボンを樹脂（プラスチック）などと混練する場合、混合攪拌機等でナノカーボンと樹脂（プラスチック）混合攪拌してから混練機で処理しても、糸鞠状のナノカーボンが樹脂（プラスチック）中でほぐれ難く、すなわち、凝集した状態のままで十分な分散が得られないという問題がある。
【０００５】
また、ナノカーボン自体は非常に嵩比重が低いため、分散媒体中に高濃度で分散することは非常に困難であり、特殊な分散機や大きなエネルギーを与えて分散することが必要となる問題もある。
【０００６】
また、混合樹脂中のナノカーボン分散不良により、糸鞠状のナノカーボンが十分ほぐれていない部分が存在して、ナノカーボンの添加量に応じた均一な性能が十分発揮されていないという問題もある。
【０００７】
このため、樹脂処理ナノカーボンと樹脂Ｂとからなり、ナノカーボンを０．１〜５０質量％含有する樹脂組成物であって、上記樹脂処理ナノカーボンが、ナノカーボンを水性樹脂Ａ中に分散させた後、水性樹脂Ａを析出させて表面を樹脂Ａにて処理した樹脂処理ナノカーボンからなるナノカーボン樹脂組成物が特許文献１により提案されている。
【０００８】
ところで、カーボンナノチューブやカーボンナノホーン、フラーレン等のカーボンナノ材料は親水性溶媒に溶けないという性質を有しているため、化学的結合法や界面活性剤等による物理的吸着法が行われている。しかし、化学的結合法ではカーボンナノ材料の構造を傷つけ、カーボンナノ材料の構造劣化を招来してしまうし、物理的吸着法は可溶化剤の濃度コントロールなど微妙な処理が必要で、不安定因子が多く、処理を安定的にコントロールすることが難しい。
【０００９】
このため、カーボンナノ材料を親水性溶媒に混入し、前記親水性溶媒中で繰り返しストリーマ放電を行って前記カーボンナノ材料の表面にＯＨ基を結合させることが可能な溶媒由来のラジカルを前記溶媒中に生成し、前記カーボンナノ材料を前記ラジカルで親水化して該溶媒に溶解可能にすると共に、前記親水性溶媒中に安定して分散させるカーボンナノ材料の可溶化方法が特許文献２により提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−２３８８６号公報
【特許文献２】ＷＯ２００７／８３６８１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、従来のシステムではナノカーボン生成装置とは別に生成ナノカーボンを溶媒に溶解させるための装置が必要になり、全体のシステムが複雑になり、ナノカーボン製品を製造するコストが高くなるという問題がある。
【００１２】
また、生成したナノカーボンは１次元での大きさが100nmより小さい材料、即ちナノ材料（ナノマテリアル）に該当する場合が多く、一旦生成したナノカーボンを用いた次の製品を生成する工程に移送、搬送する段階で、生成したナノカーボンが外部に暴露されると、大気中に放散し、人体への影響が懸念される。ナノカーボンを生成する段階においては安全で安定的にナノカーボンを回収することが不可欠であるだけでなく、生成ナノカーボンを用いた次の製品が実際に使用される場所までナノカーボン製品を安全に出荷できる設備が必要である。
【００１３】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、カーボンナノチューブ、カーボンファイバー、カーボンナノコイル等の有用性の高いナノカーボンを効率的に大量に生成し、生成したナノカーボンを外部に暴露されることなく安全で安定的に回収するとともに、生成したナノカーボンの有用性の高い繊維状のナノカーボン自体の特性を損なうことなく、ナノカーボンを分散することができ、長期保存においてもナノカーボンが分離、凝集せず、導電性、成膜性、成形性に優れ、簡便な方法で基材へ塗布、被覆可能で、しかもその塗膜が耐水性、耐候性、耐擦傷性及び硬度に優れているナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物を提供でき、ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物として安全に出荷できるナノカーボン分散組成物の製造装置及び製造方法、並びにナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂溶融混練生成製品の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係るナノカーボン分散組成物の製造装置は、炭素含有化合物原料を注入する注入ノズルを有し、前記注入ノズルから注入される炭素含有化合物原料と触媒用金属粉とを高温還元性雰囲気下で反応させる気相成長法によりナノカーボンを生成するナノカーボン生成装置と、熱可塑性マトリックス樹脂溶液を供給する樹脂注入機構と、分散溶媒を供給する分散溶媒注入機構と、前記ナノカーボン生成装置に連通可能に接続され、かつ前記樹脂注入機構および前記分散溶媒注入機構の各々に接続され、かつ所定の分散媒体を有し、前記ナノカーボン生成装置からの生成ナノカーボンと前記樹脂注入機構からの熱可塑性マトリックス樹脂溶液と前記分散溶媒注入機構からの分散溶媒とを前記分散媒体の共存下で混合し撹拌することにより、ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液を前記分散媒体中に均一に分散させるナノカーボン攪拌分散機構と、前記分散溶液を所定の貧溶媒中に投入し、攪拌した後に沈殿させることにより、前記分散溶液中から前記分散媒体を分離し、さらに沈殿したナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物を前記分散溶液から分離し、乾燥して回収する回収装置と、を具備することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係るナノカーボン分散組成物の製造方法は、（ａ）内部が高温還元性雰囲気にあるナノカーボン生成炉内に炭素含有化合物原料を注入し、金属触媒と反応させてナノカーボンを生成し、（ｂ）前記生成ナノカーボンを前記ナノカーボン生成炉から所定の分散媒体を有する回収容器内に回収し、（ｃ）前記回収容器内に熱可塑性マトリックス樹脂および分散溶媒を供給し、前記分散媒体の共存下で前記熱可塑性マトリックス樹脂および前記分散溶媒と前記生成ナノカーボンとを混合し撹拌させることにより、前記分散媒体中において前記生成ナノカーボンが実質的に均一に分散する状態にあるナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液を作製し、（ｄ）前記ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液を所定の貧溶媒中に投入し、攪拌した後に沈殿物を沈殿させ、前記ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液から前記分散媒体を分離し、（ｅ）さらに沈殿したナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物を前記分散溶液から分離し、分離した前記分散組成物を乾燥し、回収することを特徴とする。
【００１６】
本発明に係るナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂溶融混練生成製品の製造方法は、上記ナノカーボン分散組成物の製造方法で得られるナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物を熱可塑性マトリックス樹脂とドライブレンドし、前記分散組成物と前記樹脂とを溶融混練することにより、ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂溶融混練生成製品を得ることを特徴とする。
【００１７】
以下に本明細書中の重要な用語を定義する。
【００１８】
「分散溶媒」とは、溶質を凝集させることなく溶液全体に拡散させる性質を有する流体のことをいい、単に溶媒ともいう。この分散溶媒に溶質を添加して混合撹拌した場合に、イオン化した溶質が分散溶媒中において凝集することなく安定に分散して存在する状態を溶解という。
【００１９】
「良溶媒」とは、ある物質に対して溶解度の大きい分散溶媒のことをいう。例えば水は、食塩の飽和溶解度が大きいので食塩に対して良溶媒となる。
【００２０】
「貧溶媒」とは、良溶媒に対する対語であり、ある物質に対して溶解度の小さい分散溶媒のことをいう。例えばエタノールは、食塩の飽和溶解度が小さいので食塩に対して貧溶媒となる。
【００２１】
「分散媒体」とは、異なる複数の物質を混合して撹拌する場合に、その混合撹拌される物質の分散を促進させる粒子または粉粒体のことをいう。例えば分散媒体として各種のセラミックまたは金属材料のビーズを用いることができる。分散媒体に用いるビーズには、例えばジルコニアビーズ、あるいはアルミナ、ジルコニア、鋼およびクロム鋼からなる群より選択される１種又は２種以上のビーズがある。
【００２２】
「熱可塑性マトリックス樹脂」とは、実質的に分散溶媒を含まない熱可塑性の樹脂の溶質部分をいう。この熱可塑性マトリックス樹脂を分散溶媒に溶解したものが樹脂溶液となる。実際の製造プロセスでは、溶媒にマトリックス樹脂を溶解して粘性の低い樹脂溶液の形態で取り扱うことが多い。特殊な製造プロセスでは、溶媒に溶解することなく熱可塑性マトリックス樹脂を特定の温度領域に加熱し、粘性を低下させて流動性を増した状態で取り扱う場合がある。
【００２３】
「高速撹拌方式分散機」とは、処理対象となる混合物流体に物理的・機械的な外力を作用させる方式の機械をいう。高速撹拌方式分散機として例えばペイントシェーカー方式分散機、ボールミル、ビーズミル、振動ミル、サンドミル、ロールミルなどの各種ミル方式分散機を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の実施形態に係るナノカーボン分散組成物の製造装置を示す内部透視断面ブロック図。
【図２】第２の実施形態に係るナノカーボン分散組成物の製造装置を示す内部透視断面ブロック図。
【図３】第３の実施形態に係るナノカーボン分散組成物の製造装置を示す内部透視断面ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための好ましい種々の実施の形態を説明する。
【００２６】
（１）本発明に係るナノカーボン分散組成物の製造装置は、炭素含有化合物原料を注入する注入ノズルを有し、前記注入ノズルから注入される炭素含有化合物原料と触媒用金属粉とを高温還元性雰囲気下で反応させる気相成長法によりナノカーボンを生成するナノカーボン生成装置と、熱可塑性マトリックス樹脂溶液を供給する樹脂注入機構と、分散溶媒を供給する分散溶媒注入機構と、前記ナノカーボン生成装置に連通可能に接続され、かつ前記樹脂注入機構および前記分散溶媒注入機構の各々に接続され、かつ所定の分散媒体を有し、前記ナノカーボン生成装置からの生成ナノカーボンと前記樹脂注入機構からの熱可塑性マトリックス樹脂溶液と前記分散溶媒注入機構からの分散溶媒とを前記分散媒体の共存下で混合し撹拌することにより、ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液を前記分散媒体中に均一に分散させるナノカーボン攪拌分散機構と、前記分散溶液を所定の貧溶媒中に投入し、攪拌した後に沈殿させることにより、前記分散溶液中から前記分散媒体を分離し、さらに沈殿したナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物を前記分散溶液から分離し、乾燥して回収する回収装置と、を具備することを特徴とする。
【００２７】
この装置では、生成ナノカーボンと熱可塑性マトリックス樹脂とを混合したナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液を分散媒体の共存下で高速撹拌方式分散機により撹拌して均一に分散させ、その均一分散したナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液を貧溶媒中に投入し、攪拌した後に沈殿物を沈殿させることで、均一分散したナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液中の分散媒体を分離する。分散媒体を分離した後に、沈殿したナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液中のナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物を分離し、乾燥し、回収する。
【００２８】
このような装置によれば、生成ナノカーボンを外部に暴露されることなく安全で安定的に回収できるばかりでなく、生成ナノカーボンの有用性の高い繊維状のナノカーボン自体の特性を損なうことなく、ナノカーボンを分散させることができ、長期保存した場合であってもナノカーボンの分離が発生せず、またナノカーボンの凝集も発生しなくなる。
【００２９】
（２）上記（１）の装置において、前記貧溶媒の共存下で前記ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液から前記ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物を分離する分離槽と、前記分離槽内に貧溶媒を注入する貧溶媒注入機構と、前記ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液中から前記貧溶媒体を分離するろ過フィルタを有し、該ろ過フィルタにより分離した貧溶媒を回収する貧溶媒回収槽と、前記貧溶媒回収槽から前記分離槽までの間に設けられ、回収した貧溶媒を前記貧用溶媒回収槽から前記分離槽に返戻する貧溶媒循環ラインと、をさらに有することができる。
【００３０】
分散媒体中の生成分散組成物を分離するために使用した貧溶媒は、貧溶媒回収槽に回収され、さらに貧溶媒循環ラインを通って貧溶媒回収槽から分離槽に戻され、分離槽において生成分散組成物を分離するために再使用される。このようにして（２）の装置では貧溶媒を貧溶媒循環ラインにより循環して何度も再利用することができる。
【００３１】
（３）上記（１）の装置において、前記ナノカーボン攪拌分散機構での均一分散に使用され、貧溶媒中で分離した後の分散媒体を前記ナノカーボン攪拌分散機構に再投入するための分散媒体循環ラインをさらに有することが好ましい。
【００３２】
この装置では、分散媒体は、ナノカーボン攪拌分散機構での均一分散に使用され、貧溶媒中で分離された後に、分散媒体循環ラインを介してナノカーボン攪拌分散機構に再投入される。これにより、分散媒体を何度も再利用することが可能となり、ランニングコストを低減することができる。
【００３３】
（４）上記（１）の装置において、ナノカーボン攪拌分散機構が超音波撹拌器であることが望ましい。超音波撹拌器を用いてナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液を超音波撹拌すると、生成ナノカーボンを分散溶液中において均一に分散させることができる。とくに超音波撹拌器を回収容器の底部全面に取り付けると、分散溶液の全体にわたり超音波がくまなく伝播され、分散溶液中の生成ナノカーボンが理想的に均一分散されるようになるので好ましい。
【００３４】
（５）上記（１）の装置において、前記ナノカーボン攪拌分散装置として、ペイントシェーカー方式分散機、ボールミル、ビーズミル、振動ミル、サンドミルおよびロールミルから成る群より選択されるいずれか１つの高速撹拌方式分散機を用いることが好ましい。
【００３５】
このような装置によれば、生成したナノカーボンの有用性の高い繊維状のナノカーボン自体の特性を損なうことなく、ナノカーボンを分散することが安定的に容易に実現でき、ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物として安全に出荷することができる。
【００３６】
（６）本発明に係るナノカーボン分散組成物の製造方法は、（ａ）内部が高温還元性雰囲気にあるナノカーボン生成炉内に炭素含有化合物原料を注入し、金属触媒と反応させてナノカーボンを生成し、（ｂ）前記生成ナノカーボンを前記ナノカーボン生成炉から所定の分散媒体を有する回収容器内に回収し、（ｃ）前記回収容器内に熱可塑性マトリックス樹脂および分散溶媒を供給し、前記分散媒体の共存下で前記熱可塑性マトリックス樹脂および前記分散溶媒と前記生成ナノカーボンとを混合し撹拌させることにより、前記分散媒体中において前記生成ナノカーボンが実質的に均一に分散する状態にあるナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液を作製し、（ｄ）前記ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液を所定の貧溶媒中に投入し、攪拌した後に沈殿物を沈殿させ、前記ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液から前記分散媒体を分離し、（ｅ）さらに沈殿したナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物を前記分散溶液から分離し、分離した前記分散組成物を乾燥し、回収することを特徴とする。
【００３７】
上記の方法によれば、生成ナノカーボンを外部に暴露されることなく安全で安定的に回収することができるばかりでなく、生成ナノカーボンの有用性の高い繊維状のナノカーボン自体の特性を損なうことなく、ナノカーボンを分散させることができ、長期保存した場合であってもナノカーボンの分離が発生せず、またナノカーボンの凝集も発生しなくなる。
【００３８】
（７）上記（６）の方法において、生成ナノカーボンと熱可塑性マトリックス樹脂溶液との混合物を超音波撹拌することが好ましい。ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液を超音波撹拌すると、生成ナノカーボンを分散溶液中において均一に分散させることができる。
【００３９】
（８）上記（６）の方法において、分散溶媒はポリマーの良溶媒であることが好ましい。分散溶媒をポリマーの良溶媒である1,4-ジオキサン（1,4-Dioxane）溶液とすることで、分散処理に際して熱可塑性マトリックス樹脂を溶融することなく、また、生成したナノカーボンの有用性の高い繊維状のナノカーボン自体の特性を損なうことなく、ナノカーボンを分散させることができる。
【００４０】
（９）上記（６）の方法において、貧溶媒は、ナノカーボンの生成原料となるエタノール、メタノール、イソプロパノールおよびｔ−ブタノールから成る群から選択される１種又は２種以上の混合物であることが好ましい。
【００４１】
貧溶媒をナノカーボンの生成原料となるエタノール、メタノール、イソプロパノールおよびｔ−ブタノールから成る群から選択することで、熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物を製造するに使用する貧溶媒をナノカーボン生成原料としても使用できることから、貧溶媒をまず熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物を製造するのに何回か使用した後、最後にナノカーボン生成原料として使用する等、効率的に活用することができ、また、生成したナノカーボンの有用性の高い繊維状のナノカーボン自体の特性を損なうことなく、ナノカーボンを分散することができる。
【００４２】
これにより、熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物を製造する際に使用する貧溶媒をナノカーボン生成原料としても使用できることから、貧溶媒をまず熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物を製造するのに何回か使用した後、最後にナノカーボン生成原料として使用する等、効率的に活用することができる。また、生成ナノカーボンの有用性の高い繊維状のナノカーボン自体の特性を損なうことなく、ナノカーボンを分散することが安定的に実現でき、ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物として安全に出荷することができる。
【００４３】
（１０）上記（６）の方法において、分散媒体は、ジルコニア、アルミナ、炭素鋼およびクロム鋼から成る群より選択される１種又は２種以上のビーズであることが好ましい。分散媒体としてジルコニアビーズ等を用いることにより、生成ナノカーボンの有用性の高い繊維状のナノカーボン自体の特性を損なうことなく、ナノカーボンを分散することが安定的に容易に実現でき、ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物として安全に出荷することができる。
【００４４】
（１１）上記（６）乃至（１０）のいずれか１の方法により得られるナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物を熱可塑性マトリックス樹脂とドライブレンドし、前記分散組成物と前記樹脂とを溶融混練することにより、ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂溶融混練生成製品を得ることが好ましい。
【００４５】
ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物を熱可塑性マトリックス樹脂とドライブレンドし、混錬装置にて溶融混練することにより、生成したナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物中のナノカーボンの有用性の高い繊維状のナノカーボン自体の特性を損なうことなく、ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂溶融混練工程においてナノカーボンと熱可塑性マトリックス樹脂とが容易に均一に溶融混練でき、熱可塑性マトリックス樹脂中のナノカーボンが分離、凝集せず、導電性、成膜性、成形性に優れたナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物を得ることができ、ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物として安全に出荷することができる。
【００４６】
これにより、生成したナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物中のナノカーボンの有用性の高い繊維状のナノカーボン自体の特性を損なうことなく、ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂溶融混練工程においてナノカーボンと熱可塑性マトリックス樹脂とが容易に均一に溶融混練でき、熱可塑性マトリックス樹脂中のナノカーボンが分離、凝集せず、導電性、成膜性、成形性に優れたナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物を得ることができる。
【００４７】
（１２）上記（６）乃至（１０）のいずれか１の方法により得られるナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物を母材となる樹脂材料の表面に塗布し、乾燥することにより、ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂溶融混練表面加工製品を得ることができる。
【００４８】
これにより、生成したナノカーボンの有用性の高い繊維状のナノカーボン自体の特性を損なうことなく、母材となる熱可塑性マトリックス樹脂材料の表面に塗布し乾燥する工程においてナノカーボンと熱可塑性マトリックス樹脂とが容易に均一に溶融混練でき、熱可塑性マトリックス樹脂の表面に塗布し表面加工したナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物が剥離せず、導電性、成膜性、成形性に優れているナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂溶融混練表面加工製品を得ることができる。
【００４９】
以下、添付の図面を参照して本発明の種々の好ましい実施の形態をそれぞれ説明する。
【００５０】
（第１の実施形態）  
図１を参照して第１の実施形態の製造装置を説明する。第１の実施形態のナノカーボン分散組成物製造装置１は、ナノカーボン生成装置としてのナノカーボン生成炉２と、このナノカーボン生成炉２で生成されたナノカーボンを回収し分散させる生成ナノカーボン回収分散装置３と、撹拌分散機構としての高速撹拌装置３６と、ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液回収槽４と、均一分散溶液分離槽５と、分散媒体回収槽５２と、ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物回収槽６と、熱可塑性マトリックス樹脂供給源１１と、分散溶媒供給源１２と、貧溶媒供給源１３と、これらの周辺付属機器（各種計器類やセンサ等）を備えている。この製造装置の主要な設備3,4,5,6,11,12,13は、バルブＶ１〜Ｖ５をそれぞれ備えた配管ラインＬ１〜Ｌ５、あるいはろ過フィルタ53を備えた配管ラインＬ６を介して相互に接続されている。
【００５１】
ナノカーボン生成炉２と生成ナノカーボン回収分散装置３とはシールフランジ継手71により互いに着脱可能な状態に結合して一体化され、ナノカーボン生成運転中に系内に外気が侵入しないような気密な構造となっている。すなわち、シールフランジ継手71によりナノカーボン生成炉２が生成ナノカーボン回収分散装置３の上部に接続されている。本実施形態ではシールフランジ継手としてシール溝内にＯリング等のガスケットが挿入された継手構造を用いている。
【００５２】
さらに、別のシールフランジ継手73により生成ナノカーボン回収分散装置３の上部が排気ダクト７に接続されている。排気ダクト７は回収容器30の上部開口30bから図示しない排気ブロアを経由して燃焼装置（図示せず）に連通している。燃焼装置では排気ダクト７を通って送られてきた廃ガス（未反応ガス＋揮発ガス）を完全燃焼させて無害化させた後に系外に排出するようにしている。
【００５３】
ナノカーボン生成炉２は縦型の加熱炉容器（内筒）21を有し、この容器21の外周に外部加熱源22が同心円状に取り付けられている。また、加熱炉容器21の内面には金属触媒として機能する金属基板23が密着した状態で張り付けられている。本実施形態の装置１では、外部加熱源22として電気抵抗発熱ヒータを用い、さらに外部加熱源22の外周を保温材26で保温するようにしている。なお、外部加熱源22は、電気抵抗発熱ヒータのみに限定されるものではなく、装置１全体の効率の向上、およびシステム全体の効率化を図るために装置やプラント等の排熱、例えば熱風等を利用する熱利用機器を用いるようにしてもよい。
【００５４】
ナノカーボン生成炉２は、中心軸が垂直方向に揃えられた縦型の円筒炉であり、下端のシールフランジ継手71により生成ナノカーボン回収・３の上部に結合されている。ちなみに、ナノカーボン生成炉２のサイズは、高さが約１ｍから約２ｍまであり、内径が約３０ｃｍから約８０ｃｍまである。このようにナノカーボン生成炉２が小型であるため、建屋の高さがそれほど高くない比較的コンパクトな設備とすることができる。
【００５５】
ナノカーボン生成炉２は、内部がナノカーボンの生成と成長に適した還元性雰囲気になるように上部構造24〜26および排気手段7,42などを用いて雰囲気制御されている。ナノカーボン生成炉２の上部構造として、保温材26が内張りされた上蓋を外部から貫通して生成炉２内部の反応領域に配置される炭素含有化合物注入ノズル24と、このノズル24の先端に取り付けられた炭素含有化合物分散メッシュ25とがある。このメッシュ25は、ノズル24から噴出される炭素含有化合物を細かなミスト状とするものである。すなわち、上部ノズル24から炭素含有化合物分散メッシュ25を経由して炭素含有化合物が連続的に噴霧されるようになっている。噴霧された炭素含有化合物は、ナノカーボン生成炉２内の金属基板23上の金属触媒と反応する。この触媒反応により初期のナノカーボン81が生成し、生成した初期ナノカーボン81が金属基板23上で成長発達すると、金属基板23から自然剥離して成長した生成ナノカーボン82として生成ナノカーボン回収分散装置３の回収容器30内に落下する。
【００５６】
ガス排気管42がナノカーボン生成炉２の本体下部に接続され、ナノカーボン生成炉２内の未反応ガス91がガス排気管42を通って排気されるようになっている。ガス排気管42は、基端側が図示しないシールフランジ継手により金属基板23よりも下方の炉本体に連通し、末端側がシールフランジ継手72により排気ダクト７の適所に連通している。このガス排気管42を通ってナノカーボン生成炉２から未反応ガス91が排出され、排出された未反応ガス91が回収容器30から排出される排気ガス92と排気ダクト７で合流し、系外に排出されるようになっている。
【００５７】
生成ナノカーボン排出ノズル27に上下２段のダンパー98,99が取り付けられている。上部ダンパー98と下部ダンパー99とは、各動作が図示しない制御器により個別に制御されるようになっている。下部ダンパー99の下方には、生成ナノカーボンを回収するナノカーボン回収・分散装置３の回収容器30が配置されている。
【００５８】
以下に生成ナノカーボン82を回収するときの上下２段のダンパー98,99の動作の概要を説明する。
【００５９】
まず上部ダンパー98、下部ダンパー99を全閉とした後、上部ダンパー98を開にし、上部ダンパー98と下部ダンパー99の間に生成ナノカーボン82を一時的に溜める。さらに、上部ダンパー98を全閉、下部ダンパー99を開にすることにより、ナノカーボン生成炉２内部と生成ナノカーボン回収容器３とを縁を切った状態（遮断状態）で生成ナノカーボン82を回収する。これにより、ナノカーボン生成炉２内の温度が一定で還元雰囲気にしたままの状態で生成ナノカーボン82が金属基板23から剥離落下し、生成ナノカーボン82が外部に暴露されることなく安全で安定的に回収される。
【００６０】
ナノカーボン回収分散装置３は、ナノカーボン生成炉の排出ノズル27が連通する上部開口30aを有する回収容器30を備えている。回収容器の上部開口30aの直下には第１の重量センサ37が取り付けられ、ナノカーボン生成炉２から落下してくる生成ナノカーボン82の重量を測定し、その重量測定信号が制御器34に送られるようになっている。第１の重量センサ37には高精度ロードセルまたは秤量計を用いることができる。
【００６１】
また、回収容器30の外側の底部には第２の重量センサ38が取り付けられ、回収容器30内の溶液の重量を測定し、その重量測定信号が制御器34に送られるようになっている。第２の重量センサ38には高精度ロードセルを用いることができる。
【００６２】
制御器34は、第１及び第２の重量センサ37,38からの重量測定信号に基づいて回収容器30内へ供給される分散溶媒の最適供給量を算出し、算出した最適供給量になるように流量調整弁Ｖ２の駆動部の電源回路に指令信号を送り、流量調整弁Ｖ２の開度を制御するようになっている。
【００６３】
回収容器30内の下部には分散媒体32および撹拌分散機構36の回転スクリュウがそれぞれ収容されている。本実施形態ではナノカーボンの分散を促進させる分散媒体としてジルコニアビーズを用いたが、分散媒体はこれのみに限定されるものではなく、アルミナビーズ、炭素鋼ビーズまたはクロム鋼ビーズなどの他の種類のビーズ材料を分散媒体に用いることができる。
【００６４】
また、２種類以上のビーズ材料を混合した混合ビーズを分散媒体として用いることも可能である。また、本実施形態では、分散媒体32を予め回収容器30内に収容した状態で操作を開始するようにしたが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、外部の供給源から回収容器内に分散媒体を導入することもできる。
【００６５】
撹拌分散機構36は、回収容器30内の下部に配置された回転スクリュウと、容器30の外側で回転スクリュウの一端に連結された駆動軸を有するモータ35と、モータ35の駆動を制御する高速撹拌回転数制御装置33と、を備えている。回転スクリュウは、水平方向に延び出す容器30の長手に沿ってほぼ水平に配置され、両端部が容器30の対向する両側壁をそれぞれ貫通して、その一端部がモータ35の回転駆動軸に連結され、他端部が図示しない軸受に回転可能に支持されている。
【００６６】
高速撹拌方式の撹拌分散機構としての高速撹拌装置36は、生成ナノカーボン82に応じた形状の撹拌羽根が回転する際のせん断力により分散を促進するもので、例えばビーズミル方式は分散媒体の硬さを活かし、時間をかければ確実に生成ナノカーボンを分散することが可能である。
【００６７】
高速撹拌装置36として例えば完全密閉・水平型ビーズミルが特に精密な湿式分散に適している。最適な分散能力が発揮できるよう、生成ナノカーボン回収分散装置３内にベッセル（分散槽）、ディスク形状や配列及びそれぞれの要素の関連性を設計検討して収納することで、安全性、操作性、耐久性、メンテナンスの簡便性に優れた構造で効率的な高速分散が可能となる。特に、D/d（ベッセル内径Dとディスク外径ｄとの比）を小さくしてビーズの衝撃力が保持されるように設計上の工夫をすることにより、ナノカーボンの分散効率を高めることができる。
【００６８】
高速撹拌方式の撹拌分散機構の場合、分散したものが再凝集を起こす「過剰分散」という問題を生じる可能性があるが、いかに生成ナノカーボンの特性、機能を引き出すかと処理物の品質安定にもこだわり、過剰分散させずに分散することが重要となる。このため本実施形態の装置１では、高速撹拌回転数制御装置33により高速撹拌装置36が最適な撹拌分散状態を得られる回転数になるように最適制御される。なお、高速撹拌回転数制御装置33と上記制御器34とは相互に信号をやりとりできるようになっている。
【００６９】
以下に、本実施形態の製造プロセスに用いる熱可塑性マトリックス樹脂、分散溶媒および貧溶媒をそれぞれ説明する。
【００７０】
熱可塑性マトリックス樹脂供給源11は、バルブＶ１を有する配管ラインＬ１により回収容器30に接続されている。供給源11から回収容器30内に注入する熱可塑性マトリックス樹脂として、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン− 酢酸ビニル共重合体等のポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリアミド（ 例： ナイロン６ 、ナイロン46 、ナイロン66 、ナイロン610 、ナイロン612、ナイロン11、ナイロン12 、ナイロン6 -12、ナイロン6-66、アラミド樹脂）、熱可塑性ポリイミド、芳香族ポリエステル等の液晶ポリマー、ポリアクリロニトリル、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート（PET） 、ポリブチレンテレフタレート（PBT） 、ポリフェニレンテレフタレート等のポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系のうちのいずれか各種熱可塑性エラストマーを用いることができる。
【００７１】
分散溶媒供給源12は、バルブＶ２を有する配管ラインＬ２により回収容器30に接続されている。供給源12から回収容器30内に注入する分散溶媒として、硝酸、硫酸、アンモニア、過酸化水素、水、二硫化炭素、四塩化炭素、エチレンカーボネイト等の分散溶媒や、メチルエチルケトン（MEK） 、アセトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン（MIBK） 、メチルイソプロピルケトン（MIPK） 、シクロヘキサノン等のケトン系分散溶媒、メタノール、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール（DEG）、グリセリン等のアルコール系分散溶媒、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、1,2-ジメトキシエタン（DME）、1,4-ジオキサン、テトラヒドロフラン（THF）、テトラヒドロピラン（THP）、アニソール、ジエチレングリコールジメチルエーテル（ ジグリム） 、ジエチレングリコールエチルエーテル（ カルビトール） 等のエーテル系分散溶媒、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、フェニルセロソルブ等のセロソルブ系分散溶媒、ヘキサン、ペンタン、ヘプタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系分散溶媒、トルエン、キシレン、ベンゼン、クレゾール（ ｏ-、ｍ-、ｐ-）等の芳香族炭化水素系分散溶媒、ピリジン、ピラジン、フラン、ピロール、チオフェン、Ｎ-メチル-２-ピロリドン（ NMP） 等の芳香族複素環化合物系分散溶媒、Ｎ,Ｎ-ジメチルホルムアミド（DMF）、Ｎ,Ｎ-ジメチルアセトアミド（DMA）等のアミド系分散溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム、1,2-ジクロロエタン等のハロゲン化合物系分散溶媒、酢酸エチル、酢酸メチル、ギ酸エチル等のエステル系分散溶媒、ジメチルスルホキシド（DMSO）、スルホラン等の硫黄化合物系分散溶媒、アセトニトリル、プロピオニトリル、アクリロニトリル等のニトリル系分散溶媒、ギ酸、酢酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸等の有機酸系分散溶媒のような各種有機分散溶媒、または、これらを含む混合分散溶媒等が挙げられる。これらの分散溶媒は、樹脂の種類に応じてそれに適した性質を有するものが適宜選択される。
【００７２】
貧溶媒供給源13は、バルブＶ５を有する配管ラインＬ５により均一分散溶液分離槽５に接続されている。供給源13から分離槽５内に注入する貧溶媒として、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、２−ブタノール、２−メトキシエタノール、２−エトキシエタノール、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジオキサン及びアセトニトリル、並びにこれら２種以上の混合物又はこれらと水との混合物等が挙げられる。
【００７３】
ナノカーボン・樹脂分散溶液排出口39が回収容器30の一方側壁に設けられている。この排出口39は、ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液31が回収容器30から円滑かつ迅速に排出されるように、高速撹拌装置36のスクリュウ先端の近傍に配置されている。排出口39は排出ラインＬ３の一端に連通し、さらに排出ラインＬ３の他端は回収槽４の液受入口に連通している。この排出ラインＬ３の他端は、回収槽４の液受入口に対して着脱可能に接続されている。回収槽４の液受入口は回収槽本体の上部に取り付けられている。なお、排出ラインＬ３は、剛性を有する金属配管でもよいし、可撓性のフレキシブル樹脂チューブであってもよい。
【００７４】
回収槽４の下部に液排出口が形成され、この液排出口にバルブＶ４を有する配管ラインＬ４が取り付けられている。この配管ラインＬ４により回収槽４と均一分散溶液分離槽５とが連通している。配管ラインＬ４と分離槽５の液受入口とは着脱可能に接続されている。
【００７５】
回収槽４は搬送台車41上に載置されている。回収槽４の液受入口から排出ラインＬ３を切り離し、分離槽５の液受入口から配管ラインＬ４を切り離すと、搬送台車41ごと回収槽４を別の場所に移動させることが可能である。これにより台車上の回収槽４を他の回収槽と交換することができるようになっている。また、分離槽５より下流側の装置や機器類をナノカーボン生成装置２および生成ナノカーボン回収・分散装置３から離れた場所に設置することが可能である。これにより工場内における装置・機器類のレイアウト設計の自由度が向上するという利点がある。
【００７６】
分離槽５は、モータで回転駆動されるプロペラを含む遠心分離機51を備えている。分離槽５の上部には貧溶媒供給源13に連通する貧溶媒供給ラインＬ５が接続されている。また、分離槽５の下部のドレイン管には分散媒体回収槽52が接続されている。遠心分離機51は、分離槽５内でナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散溶液と貧溶媒とを撹拌混合することによりナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物の生成を促進させるとともに、ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散溶液中に含まれる分散媒体（ジルコニアビーズ）を遠心分離して回収槽52に排出回収させるものである。
【００７７】
分離槽５の本体部は回収ラインＬ６を介して均一分散組成物回収槽６に接続されている。この回収ラインＬ６の適所にろ過フィルタ53が取り付けられ、さらにろ過フィルタ53に貧溶媒回収槽54が連通接続している。ろ過フィルタ53は、分離槽５から回収槽６に回収されるナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物からポリマーの貧溶媒をろ過して分離するものである。これにより回収槽６に高純度のナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物61が回収されるようになっている。
【００７８】
次に本実施形態装置の作用を説明する。
【００７９】
各供給源11,12から回収容器30内に熱可塑性マトリックス樹脂と分散溶媒がそれぞれ供給され、分散溶媒に樹脂が溶解して熱可塑性マトリックス樹脂溶液（樹脂＋溶媒）となり、この熱可塑性マトリックス樹脂溶液中にナノカーボン生成装置２から回収した生成ナノカーボン82が溶解する。この生成ナノカーボン溶解液を高速撹拌装置36により機械的に強制撹拌すると、樹脂溶液中に生成ナノカーボン82が均一に分散するナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液31が得られる。得られたナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液31は、バルブＶ３を開けたラインＬ３を通って回収槽４に送られる。これにより、簡便に各種の有用性の高い繊維状のナノカーボンを生成でき、生成ナノカーボン自体の特性を損なうことなく、その下流側で生成したナノカーボンを即時に分散することを安定的に容易に実現できるナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物が製造される。
【００８０】
一方、本装置１の下流側（ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散工程）においては、生成ナノカーボン回収・分散装置３から排出される均一分散溶液がナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液排出ラインＬ３を経由して一旦ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液回収槽４中に投入され、この回収槽４を経由して貧溶媒が注入されている均一分散溶液分離槽５内に移送され、この回収槽４内で貧溶媒中で攪拌後、ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液を沈殿させ、分散媒体32を分離し、貧溶媒とともにナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物を抜き出し、ろ過フィルタ53を通過させることにより液体の貧溶媒を分離抽出し、固形分であるナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物61をナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物分離槽６内に回収する。
【００８１】
本実施形態の装置１では、ナノカーボン生成炉２を縦型とし、外部加熱源22から加熱する還元雰囲気のナノカーボン生成炉２内に同心円状の加熱炉容器（内筒）21内面に金属基板23を密着して配置している。この装置１においては、外部加熱源22として電気ヒータで加熱し、外側から保温材26で保温する方式としている。但し、この外部加熱源22は電気ヒータに限らず、装置、プラント等の排熱を利用する熱風等を利用し、一体型ナノカーボン生成回収装置１全体の効率、システム全体の効率化を図るようにしてもよい。
【００８２】
この還元雰囲気のナノカーボン生成炉２内の上流から炭素含有化合物を炭素含有化合物注入ノズル24から炭素含有化合物分散メッシュ25を経由して連続的に噴霧することによりナノカーボン生成炉２内の内筒21内面に密着して配置した金属基板23上で反応させてナノカーボン81を生成、成長させるようにしている。本実施形態の装置１においては、縦型方式のナノカーボン生成炉２とし、連続的に噴霧する炭素含有化合物注入ノズル24の位置は、ナノカーボン生成炉２内の内筒21内面に配置した金属基板23より上側とし、ナノカーボン生成炉２内の上部で噴霧された炭素含有化合物はナノカーボン生成炉２内の内筒内面に配置した金属基板23上で反応させてナノカーボン81が生成、成長する。
【００８３】
金属基板23上で成長した生成ナノカーボン81はその自重で金属基板23から剥離し、剥離した剥離ナノカーボン82は自然落下する。微視的なナノカーボンの生成形態としては、最適温度において金属基板23の表面の金属微組成物と炭素含有化合物とが反応してナノカーボン81が生成、成長するとともに、ナノカーボンの成長につれて反応する金属微組成物が空間に剥離し、僅かに剥離した金属微組成物が分離し、分離した金属微組成物から新たにナノカーボンが生成、成長することを繰り返すことで加速度的にナノカーボンが生成、成長し、純度の高いナノカーボンが大量に合成できる。
【００８４】
ナノカーボンが短時間で大量合成するため、金属基板23上から或る一定厚さ以上に成長したナノカーボン81の束がその自重で金属基板から剥離、自然落下する。その際、金属基板23上から剥離する金属微組成物はほんの僅かであり、ナノカーボンの剥離後も金属基板23上の金属微組成物と炭素含有化合物とが反応してナノカーボンが生成、成長を連続的に繰り返す。これにより、ナノカーボン生成炉２内の上部に炭素含有化合物を炭素含有化合物注入ノズル24から炭素含有化合物分散メッシュ25を経由して連続的に噴霧し続けることで、ナノカーボン生成炉２内の内筒21内面に配置した金属基板23上で反応を繰り返しナノカーボンが連続的に生成、成長を連続的に繰り返す。即ち、金属基板23上では基板を構成する触媒組成物が核となり噴霧された炭素含有化合物と高温状態で反応し、気相成長法によりナノカーボンが生成、成長する。基板表面は均一に加熱されるとともに、炭素含有化合物も均一に噴霧されることで、各円盤状基板表面で斑なく均一にナノカーボンが生成、成長できる。これにより、ナノカーボンを連続的に生成することができる。
【００８５】
金属基板23上から或る一定厚さ以上に成長しその自重で金属基板から剥離、自然落下したナノカーボンはナノカーボン生成炉２の下部に流下し、ナノカーボン生成炉２の下流側に設置した生成ナノカーボン排出ノズル27から排出することにより、ナノカーボンを連続的に生成することができる。
【００８６】
なお、本実施形態の装置１では、設計上、炭素含有化合物注入ノズル24から噴霧する流量がナノカーボンの生成に最適となるように、炭素含有化合物の噴霧流量を制御する為に炭素含有化合物ヘッダーへの炭素含有化合物供給配管に流量計、流量調整バルブを設置したりすることは適宜実施する。
【００８７】
また、本実施形態の装置１において、炭素含有化合物を炭素含有化合物注入ノズル24を経由して炭素含有化合物分散メッシュ25から噴霧するようにしているが、炭素含有化合物の性状等により最適な設計を行えばよく、単に炭素含有化合物供給ノズル24から供給するようにしてもよい。
【００８８】
さらに、本実施形態の装置１においては、ナノカーボン生成炉２は縦型方式とし、ナノカーボン生成炉２内の内筒21内面に密着して配置した金属基板23上で反応させてナノカーボン81を生成、成長させるように構成しているが、ナノカーボン生成炉２内の構造は、ナノカーボンの生成効率が高まるように適宜工夫した設計を行えばよい。また、図１においては、炭素含有化合物注入ノズル24を上部に、生成ナノカーボン排出ノズル27を下部に設置しているが、横型方式、或いは、斜め設置方式とし、外部加熱源から加熱する還元雰囲気のナノカーボン生成炉内に同心円状の内筒内面に金属基板を密着して配置するようにし、生成ナノカーボンの排出方式等を工夫することで、効率的にナノカーボンを連続的に生成するようにしてもよい。
【００８９】
ナノカーボン生成炉２の下部には、ナノカーボン生成炉２で生成したナノカーボンを回収し、分散する生成ナノカーボン回収・分散装置３が設置されており、ナノカーボン生成炉２と生成ナノカーボン回収・分散装置３とが結合して一体構造となるようにしている。図１においては、ナノカーボン生成炉２と生成ナノカーボン回収・分散装置３とは、ナノカーボン生成炉＆生成ナノカーボン回収・分散装置 接続フランジ71を介して結合して一体となっている。
【００９０】
また、ナノカーボン生成炉２と排気ダクト７、生成ナノカーボン回収・分散装置３と排気ダクト７とは、ナノカーボン生成炉＆排気ダクト 接続フランジ72、生成ナノカーボン回収・分散装置＆排気ダクト 接続フランジ73を介して結合して一体となっており、ナノカーボン生成炉２から排出される未反応ガス、生成ナノカーボン回収・分散装置３内に分散溶液を注入した場合に分散溶液からの揮発ガスは排気ダクト７を介して排出される。尚、ナノカーボン生成炉２と生成ナノカーボン回収・分散装置３との、ナノカーボン生成炉２と排気ダクト７との、生成ナノカーボン回収・分散装置３と排気ダクト７との各接続フランジ部は、外部に内部のガスが流出しないように密閉しており、密閉状態を確認するために、運転前に一体型ナノカーボン生成・回収・分散装置１の系内全体のリーク試験を行い、一体型ナノカーボン生成・回収・分散装置１の系内から外部に内部のガスが流出しないことを確認する。これにより、ナノカーボン生成運転中において、ナノカーボン生成炉２と生成ナノカーボン回収・分散装置３との結合している一体型ナノカーボン生成・回収・分散装置１の系内には外気が混入しない外気と遮断された状態で運転することができ、生成したナノカーボンが外部に暴露されることなく安全で安定的にナノカーボンを回収できる。
【００９１】
一方、生成ナノカーボン回収・分散装置３内に設置する生成ナノカーボン分散機構は高速攪拌方式の高速攪拌装置36として構成している。高速攪拌方式は、生成ナノカーボンに応じた形状の攪拌羽根が回転する際のせん断力により分散を促進するもので、例えばビーズミル方式はメディアの硬さを活かし、時間をかければ確実に生成ナノカーボンを分散することが可能である。
【００９２】
高速攪拌方式として、例えば図１にイメージとして模式的に示しているような完全密閉・水平型ビーズミルが特に精密な湿式分散に適している。最適な分散能力が発揮できるよう、生成ナノカーボン回収・分散装置３内にベッセル（分散槽）、ディスク形状や配列及びそれぞれの要素の関連性を設計検討して収納することで、安全性、操作性、耐久性、メンテナンスの簡便性に優れた構造で効率的な高速分散が可能となる。特に、D/d（ベッセル内径Dとディスク外径ｄとの比）を小さくしてビーズの衝撃力が保持されるように設計上の工夫すること等により、分散効率を高めることができる。
【００９３】
高速攪拌方式の場合、分散したものが再凝集を起こす「過剰分散」という問題を生じる可能性があるが、いかに生成ナノカーボンの特性、機能を引き出すかと処理物の品質安定にもこだわり、過剰分散させずに分散することが重要となる。この為、図１のように、高速攪拌回転数制御装置33を設置し、高速攪拌装置36が最適な回転数で攪拌運転されるように自動制御することが必要である。
【００９４】
（第２の実施形態）  
次に、図２を参照して第２の実施形態の装置１Ａを説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【００９５】
本実施形態の装置１Ａでは、さらに貧溶媒循環ラインＬ７を回収槽54から分離槽５までの間に設置し、均一分散媒体中の生成分散組成物の分離に回収した貧溶媒を再使用できるようにしている。貧溶媒循環ラインＬ７にはバルブＶ７を取り付け、回収槽54に所定量を超える量の貧溶媒が溜まったときにバルブＶ７を開けて回収した貧溶媒を回収槽54から分離槽５に戻すようにしている。
【００９６】
なお、貧溶媒を循環利用するだけでなく、新規に貧溶媒を追加注入するラインを設置すること、あるいは使用した貧溶媒をナノカーボン生成炉の原料に注入するラインを設置すること等は、実際の運用形態にあわせて最適設計すればよい。
【００９７】
本実施形態装置１Ａでは、貧溶媒循環ラインＬ７により貧溶媒を回収槽54から分離槽５へ戻して有効に再使用することができるので、貧溶媒供給源13から分離槽５に新たに供給する貧溶媒の量を削減することができ、ランニングコストが減少する利点がある。
【００９８】
本実施形態によれば、生成分散組成物を分離するに使用した後の貧溶媒を何度も循環利用することが可能となり、ランニングコストを低減することができる。
【００９９】
（第３の実施形態）  
次に、図３を参照して第３の実施形態の装置１Ｂを説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【０１００】
本実施形態の装置１Ｂでは、さらに分散媒体循環ラインＬ８を回収槽52から分離槽５までの間に設置し、均一分散媒体中の生成分散組成物の分離に回収した分散媒体を再使用できるようにしている。分散媒体循環ラインＬ８にはポンプ55を取り付け、回収槽52に所定量を超える量の分散媒体が溜まったときにバルブＶ８を開けて回収した分散媒体を回収槽52から分離槽５に戻すようにしている。
【０１０１】
高速撹拌方式分散機での均一分散用に使用し貧溶媒中で分離後の分散媒体は、再度高速撹拌方式分散機に再投入するように分散媒体循環ラインを設置し、分散媒体を循環利用可能としたものである。
【０１０２】
なお、分散媒体を循環利用するだけでなく、新規に分散媒体を追加注入するラインを設置したり、劣化した分散媒体は除去するラインを設置すること等は、実際の運用形態にあわせて最適設計すればよい。
【０１０３】
これにより、前記高速撹拌方式分散機での均一分散用に使用し貧溶媒中で分離後の分散媒体を何度も循環利用することが可能となる。
【０１０４】
本発明によれば、カーボンナノチューブ、カーボンファイバー、カーボンナノコイル等の有用性の高いナノカーボンを効率的に大量に生成し、生成したナノカーボンが外気雰囲気に暴露されることなく安全で安定的にナノカーボンを回収することができるとともに、生成したナノカーボンが外部に暴露されることなく安全で安定的に回収するとともに、生成したナノカーボンの有用性の高い繊維状のナノカーボン自体の特性を損なうことなく、ナノカーボンを分散することができ、長期保存においてもナノカーボンが分離、凝集せず、導電性、成膜性、成形性に優れ、簡便な方法で基材へ塗布、被覆可能で、しかもその塗膜が耐水性、耐候性、耐擦傷性及び硬度に優れているナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物を提供でき、ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂均一分散組成物として安全に出荷することができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１，１Ａ，１Ｂ…ナノカーボン分散組成物製造装置、
２…ナノカーボン生成炉（ナノカーボン生成装置）、
３…生成ナノカーボン回収・分散装置、
４…ナノカーボン・樹脂溶液回収槽、
５…均一分散溶液分離槽、
６…ナノカーボン・樹脂均一分散組成物回収槽、
７…排気ダクト、
１１…樹脂供給源、１２…分散溶媒供給源、１３…貧溶媒供給源、
２１…加熱炉容器（内筒）、２２…外部加熱源、
２３…金属基板、２４…炭素含有化合物注入ノズル、２５…炭素含有化合物分散メッシュ、
２６…保温材、２７…生成ナノカーボン排出ノズル、
３０…ナノカーボン回収容器、
３１…ナノカーボン＆熱可塑性マトリックス樹脂分散溶液、
３２…分散媒体、
３３…高速撹拌回転数制御装置、３５…撹拌モータ、３６…高速撹拌装置、
３７…生成ナノカーボン重量センサ、３８…分散溶液重量センサ、
３９…ナノカーボン・樹脂分散溶液排出口、
４１…生成ナノカーボン分散溶液回収容器搬送車、
５１…撹拌モータ、５２…分散媒体回収槽、５３…フィルタ、５４…貧溶媒回収槽、
６１…ナノカーボン・樹脂均一分散組成物、
７１，７２，７３…フランジ継手、
８１…生成ナノカーボン、８２…剥離ナノカーボン、８３…回収ナノカーボン、
９１…未反応ガス、９２…揮発ガス、
９８…上部ダンパー、９９…下部ダンパー、
Ｌ１…マトリックス樹脂注入ライン、Ｖ１…マトリックス樹脂自動注入弁、
Ｌ２…分散溶媒注入ライン、Ｖ２…分散溶媒自動注入弁、
Ｌ３…ナノカーボン・樹脂分散溶液排出ライン、Ｖ３…ナノカーボン・樹脂分散溶液排出弁、
Ｌ４…ナノカーボン・樹脂分散溶液移送ライン、Ｌ５…貧溶媒注入ライン、
Ｌ６…ナノカーボン分散組成物回収ライン、
Ｌ７…貧溶媒循環ライン、Ｌ８…分散媒体循環ライン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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